| |||||||||||||
| Заходите к нам на форум: задавайте вопросы - получайте ответы! |
|
Исследование Солнечной Системы - Средства Доставки
| |||||
Космические Аппараты |
|
ОТЕЧЕСТВЕННЫЕ РАКЕТЫ-НОСИТЕЛИ. (ЧАСТЬ I)
Первый фундаментальный труд 'О боевых ракетах', принадлежащий перу К. И. Константинова, вышел в 1864 г. В 60-70-х гг. XIX века развитие артиллерии характеризуется повсеместным переходом (в том числе и в России) к нарезным орудиям. Появление нарезных орудий привело к полному снятию боевых ракет на черном порохе с вооружения. Однако интерес к применению пороховых ракет возродился в начале XX века в связи с изобретением бездымного пороха (1884 г.). Бездымный порох по сравнению с черным дымным порохом обладает рядом существенных преимуществ: его теплотворная способность примерно 900 ккал/кг (3780 кДж/кг), а у черного пороха - 600-700 ккал/кг (2520-2940 кДж/кг). Проекты первых отечественных ракет на бездымном порохе были разработаны Н. И. Тихомировым (1859-1930) в 1894 г., но к его работам мы вернемся несколько позже. Здесь нельзя не упомянуть о Н. И. Кибальчиче - русском революционере, народовольце. В 1881 году Кибальчич был приговорен к смертной казни за участие в покушении на царя Александра II. В тюрьме за несколько дней до казни он разработал 'Проект воздухоплавательного аппарата', приводимого в движение ракетным двигателем. По существу, зто был проект летательного аппарата, у которого тяга ракетных двигателей служит для создания подъемной силы, поддерживающей аппарат в полете.
История развития космонавтики и ракетной техники знает немало славных имей, но основоположником научной космонавтики считается великий русский ученый Константин Эдуардович Циолковский. Уже в 1883 г. Циолковский высказал мысль о возможности использования реактивного движения для создания межпланетных летательных аппаратов. В работе Циолковского 'Свободное пространство' рассматривается движение без силы тяжести, сопротивления воздуха и сил трения, описываются ощущения, которые ждут космонавтов в невесомости, предлагается принципиальная схема ракетного двигателя. Он пишет. 'Положим, дана бочка, наполненная сильно сжатым газом. Если отвернуть один из ее кранов, то газ непрерывной струей устремится из бойки, причем упругость газа, отталкивающая его частицы в пространство, будет также непрерывно отталкивать бочку'. В 1893 г. Циолковский пишет научно-фантастическую повесть 'На Луне' и вслед за ней в 1895 г. 'Грезы о Земле и небе и эффекты всемирного тяготения'. В 1903 г. Циолковский публикует научную работу 'Исследование мировых пространств реактивными приборами', в которой развивает и всесторонне обосновывает идею использования ракет для космических полетов (рис.1).
В ряде работ и, в частности, в работе 'Космические ракетные поезда', опубликованной в 1929 г., К. Э. Циолковским изложены основы теории ракеты и ракетного двигателя на жидком топливе. Расчеты, выполненные Циолковским, показали, что осуществление космического полета основано на реальных возможностях и является делом недалекого будущего. В письме к редактору журнала 'Вестник воздухоплавания' Константин Эдуардович писал: '...Человечество не останется вечно на Земле, но, в погоне за светом и пространством, сначала робко проникнет за пределы атмосферы, а затем завоюет себе все околоземное пространство". Достойным продолжателем идей Циолковского, энтузиастом межпланетных полетов был Фридрих Артурович Цандер (1887-1933). 'Вперед на Марс!' - вот слова, выражающие цель жизни Цандера. В 1924 г. в журнале 'Техника и жизнь' появилась первая печатная работа Ф. А. Цандера 'Перелеты на другие планеты'. В этой статье он изложил свою идею - сочетание ракеты с самолетом с последующим сжиганием металлических частей самолета. В декабре 1930 года Ф. А. Цандер начал работать в Институте авиационного моторостроения (ЦИАМ), в 1931 г. приступил к постройке воздушно-реактивного двигателя ОР-1, а затем к постройке жидкостного ракетного двигателя ОР-2. Двигатель ОР-1 развивал силу тяги до 1,5 Н. Он работал на бензине и сжатом воздухе, т. е. был воздушно-реактивным. Двигатель ОР-2 был более мощным. Развиваемая им сила тяги достигала 500 Н. Топливом был по-прежнему бензин, а окислителем - жидкий кислород. В 1932 г. была издана книга Цандера 'Проблема полета при помощи реактивных аппаратов'. Следует сказать также о талантливом изобретателе, ученом и механике Ю. В. Кондратюке (1897-1941). Он исследовал вопросы нагрева ракеты при полете ее в плотных слоях атмосферы, применения крыльев для взлета ракеты. В 1929 г. вышла книга Ю. В. Кондратюка 'Завоевание межзвездных пространств', часть разделов которой была написана еще в 1916 г. Основные проблемы и физические принципы межпланетных полетов Ю. В. Кондратюк изложил в труде 'Тем, кто будет читать, чтобы строить'. Работа над рукописью была начата в 1916 г. и закончена в 1919 г. В этой работе Ю. В. Кондратюк вывел основное уравнение движения ракеты оригинальным методом, отличавшимся от тех, которыми пользовались другие авторы. Дал принципиальную схему и описание четырехступенчатой ракеты, работающей на кислородно-водородном топливе. Весьма яркой и интересной является идея Ю. В. Кондратюка, также получившая ныне применение, использования гравитационного поля небесных тел как для разгона, так и для торможения космических объектов. Начав с экспериментальных работ с небольшими пороховыми моделями ракетных снарядов в 1894 г., Николай Иванович Тихомиров затем сосредоточился на разработке своего оригинального изобретения - самодвижущихся мин. Проект Н. И. Тихомирова был признан имеющим государственное значение. В 1921 г. ученому было выделено здание в Москве, организована лаборатория, предусмотрено денежное обеспечение. Перед ним стояла задача разработки совершенных боевых ракетных снарядов на бездымном порохе. Помощники Н. И. Тихомирова - В. А. Артемьев (1885-1962), Г. Э. Лангемак (1898-1938), Б. С. Петропавловский (1898-1933) - внесли большой вклад в создание совершенных пороховых снарядов в нашей стране. В 1928 г. лаборатория Н. И. Тихомирова была расширена и получила наименование газодинамической лаборатории (ГДЛ). В результате глубоких исследований к 1930 г. в ГДЛ была солидная база для разработки реактивных снарядов (PC) различных калибров. Еще одно направление деятельности ГДЛ появилось с мая 1929 г., когда туда из Ленинградского университета пришел работать молодой ученый Валентин Петрович Глушко (1908-1989). Под его руководством начались работы по разработке электроракетных двигателей, а потом и ЖРД. Непрерывно росла результативность работы ГДЛ, и, соответственно, расширялся ее штат. Если в 1929 г. он состоял всего из 10 человек, то к началу 1933 г. увеличился до 200 человек. Первым в нашей стране ЖРД, созданным группой В. П. Глушко в 1930-1931 гг., был двигатель ОРМ-1. Испытания двигателя были проведены на компонентах: жидкий кислород/бензин; двигатель развивал силу тяги около 200 Н. Важную роль в развитии отечественной ракетной техники сыграла группа изучения реактивного движения (ГИРД), созданная осенью 1931 года как общественная организация при Бюро воздушной техники Осоавихима. Возглавил ее Ф. А. Цандер. В апреле 1932 года ЦС Осоавиахима выделил для ГИРДа помещение в подвала дома ? 19 по Садово-Спасской улице в Москве и оказал финансовую помощь. В мае 1932 г. начальником ГИРДа и председателем его технического совета становится С. П. Королев. В ГИРДе проектировались, изготавливались и проходили испытания ракеты и двигатели к ним. Было разработано пять ракет - 05, 07, 09 (конструкции М. К. Тихонравова), 10 (конструкции Ф. А. Цандера) и 06 (конструкции С. П. Королева). Первый полет ракеты ГИРД-09 был осуществлен в августе 1933 года. Длина ракеты 2,4 метра, стартовая масса 19 кг, причем на долю топлива приходилось 5 кг. Двигатель развивал силу тяги до 320 Н (рис. 2).
Первой экспериментальной советской ракетой с ЖРД была ракета ГИРД-10 (двигатель работал на жидком кислороде и этиловом спирте). Стартовая масса ракеты 29,5 кг, из них 8,3 кг приходилось на топливо. Тяга двигателя 0,7-0,8 кН. Первый пуск ракеты, которым руководил С. П. Королев, состоялся 25 ноября 1933 года на полигоне в Нахабине. Хотя в полете нарушилось крепление двигателя и ракета упала в 150 м от места старта, это не омрачило радости ее создателей, ведь был сделан еще один шаг в овладении ракетной техникой. Осенью 1933 года на базе ГДЛ и ГИРД было решено создать в Москве Реактивный научно-исследовательский институт. Начальником института был назначен И. Т. Клейменов, а заместителем по научной части С. П. Королев. Выдающимся событием того времени было создание двигателя ОРМ-65 конструкции В. П. Глушко с регулируемой тягой от 500 до 1750 Н для установки его на крылатой ракете 212. 29 января и 8 марта 1939 года состоялись два полета ракеты 212. В РНИИ были разработаны и успешно испытаны в полете ракеты РДД-604 и РАС-521 конструкции Л. С. Душкина. Эти ракеты имели комбинированный двигатель КРД-600, в камеру которого закладывались шашки бездымного пороха. При включении двигателя сначала сгорало твердое топливо. К концу горения в камеру поступали азотная кислота и керосин, в результате чего двигатель переходил с режима ТТРД на режим ЖРД. Ракета РДД-604 несла полезный груз до 30 кг. Ракета запускалась под углом 55њ к горизонту с помощью станка, направляющие которого имели длину 8,5 м. Ракета РАС-521 предназначалась для стрельбы с самолета по наземным целям. По конструкции она аналогична ракете 604. Расчетная дальность полета до 30 км. В январе 1934 года в Москве в системе Осоавиахима была организована реактивная секция. Секция входила в стратосферный комитет ЦС Осоавиахима. В реактивной секции ЦС Осоавиахима спроектировали 6 ракет и 3 из них построили. Это ракета А. И. Полярного с кислородно-спиртовым ЖРД, имевшая первоначально индекс Р-1, а затем получившая наименование "Осоавиахим", ракета конструкции А. Ф. Нистратова и И. А. Меркулова (Р-2) с ЖРД, работавшим на трехкомпонентном топливе (жидкий кислород, спирт, вода), именовавшаяся трехкомионентной ракетой ТР-2, а также двухступенчатая ракета ВР-3 конструкции И. А. Меркулова. Краткие сведения о первых отечественных ракетах с ЖРД и ВРД приведены в таблице. Соединение планера с ракетным двигателем С. П. Королев рассматривал как предварительный этап на пути к созданию ракетных летательных аппаратов. С этой целью на планере 'СК-9', созданном С. П. Королевым, был установлен ЖРД ОРМ-65. В течение 1937-1938 гг. было проведено около 30 огневых наземных испытаний двигателя. В 1938 г. (после ареста В. П. Глушко) двигатель ОРМ-65 был заменен двигателем РДА-1-150 с силой тяги 1500 Н, разработанным в РНИИ под руководством Л. С. Душкина.
Летные испытания планера с ракетным двигателем (ракетопланера), получившим новое обозначение РП-318, были поручены летчику-планеристу В. П. Федорову. В феврале 1940 года ракетопланер был забуксирован в воздух. Когда буксировщик набрал высоту 2 км, Федоров отцепился и начал планирующий полет. Через несколько минут он включил двигатель. Израсходовав весь запас топлива, летчик благополучно приземлился на аэродроме. Это был первый в СССР полет человека на летательном аппарате с ЖРД. Одним из важнейших направлений в деятельности РНИИ была разработка эффективных пороховых реактивных снарядов РС-82 и РС-132 и пусковых установок к ним для применения в полевой артиллерии и авиации. Руководство этими работами вначале осуществлялось И. Т. Клейменовым, Г. Э. Лангемаком, затем А. Г. Костиковым. Таким образом, в предвоенные годы в стенах РНИИ на уровне экспериментальных образцов были разработаны различные образцы ЖРД и ракетных снарядов. Однако в конце 1937 г. РНИИ лишился своих руководителсй, а в последующие два года - и еще ряда опытных и высококвалифицированных сотрудников. Тяжелая участь постигла И. Т. Клейменова, Г Э. Лангемака, неоправданно подверглись репрессиям С. П. Королев, В. П. Глушко и некоторые другие ученые и конструкторы. Это, безусловно, сказалось на дальнейшей деятельности РНИИ. Тем не менее коллектив института продолжал плодотворно трудиться и достиг значительных успехов под руководством М. В. Келдыша.
Шел трудный 1942 год. С. П. Королев был переведен в опытное конструкторское бюро в городе Казани. Здесь он занимался установкой ЖРД конструкции В. П. Глушко на боевые самолеты и их летными испытаниями. Руководителем КБ был В. П. Глушко, который в результате многолетнего напряженного труда создал жидкостной ракетный двигатель РД-1. Двигатель работал на азотной кислоте и тракторном керосине. Расходуя 90 кг топлива в минуту, РД-1 развивал тягу около 3000 Н. Первоначально РД-1 был установлен на известном бомбардировщике Пе-2 Петлякова, а затем на истребителе Ла-7 С. А. Лавочкина, Як-3 А. С. Яковлева, Су-6 и Су-7 П. О. Сухого. Принять участие в боевых действиях эти самолеты не успели, гитлеровцы к тому времени прекратили свои попытки прорваться к Москве. Им уже было не до того. В августе 1946 г. на авиационном заводе в Тушино был продемонстрирован в полете самолет 120Р конструкции С. А. Лавочкина с работающим ЖРД конструкции В. П. Глушко. В декабре 1937 года ракетные снаряды РС-82 принимаются на вооружение истребителей И-15 и И-16. Впервые ракетное оружие было применено в боевой обстановке в августе 1939 года - в период конфликта с Японией в районе реки Халхин-Гол. Боевая эффективность нового ракетного оружия была проверена в июле 1941 года на Западном фронте. Войска противника, подвергшиеся огневому шквалу 'катюш', были полностью деморализованы. Зарубежные исследователи ракетной техники Роберт Годдард (Goddard) пионер ракетно-космической техники. В 1912-1913 гг. Годдард разрабатывал теорию движения ракеты, а с 1915 г. занимался стендовыми экспериментами с твердотопливными ракетами. В 1920 г. в Вашингтоне была издана фундаментальная работа Годдарда 'Метод достижения предельных высот'. Эту работу но нраву следует отнести к числу классических в истории ракетно-космической науки и техники. В 1921 г. Годдард перешел к экспериментам с ЖРД. используя в качестве окислителя жидкий кислород, а в качестве горючего различные углеводороды. Первый запуск ЖРД на стенде состоялся в марте 1922 г. Первый успешный полет ракеты с ЖРД, созданной Годдардом, был осуществлен 16 марта 1926 года. Ракета со стартовой массой 4,2 кг достигла высоты 12,5 м и пролетела 56 м. Годдард дал свой вывод дифференциального уравнения движения ракеты и приближенный метод его решения, определил минимальную стартовую массу ракеты для подъема одного фунта полезного груза на разные высоты, дал свой метод определения КПД ракеты и теоретически обосновал все выгоды многоступенчатых ракет. Годдард строит, испытывает и запускает жидкостные ракеты до конца 1941 г. Последние годы жизни он работает по военным контрактам. Умер Годдард после операции в августе 1945 года. Герман Оберт (Oberth) - немецкий ученый и экспериментатор в области ракетной техники, один из пионеров теоретической космонавтики. Родился в Румынии в 1894 г. Уже первая книга Оберта 'Ракета в космическое пространство' (1923 г.) убедительно продемонстрировала глубину и ширину его теоретических исследований. Дальнейшее развитие идеи Германа Оберта получили в книге 'Пути осуществления космического полета' (1929 г.), в которой, в частности, был рассмотрен вопрос о возможности использования при межпланетных перелетах энергии солнечного излучения. В 1957 г. вышла из печати книга Оберта 'Люди в космосе'. В этой работе Оберт вновь возвращается к использованию энергии излучения Солнца с помощью огромных зеркал, развертываемых в космосе. Оберт разрабатывает несколько проектов космических ракет. Он сразу отказывается от твердого топлива в пользу жидкостных двигателей, предлагая для них спирт, углеводороды и жидкие газы: водород и кислород. Роберт Эно Пельтри (Einaut Pelterie) - французский ученый, инженер и изобретатель, один из пионеров ракетно-космической техники. Получив широкое образование в области естественных и точных наук, Эно Пельтри (1881-1957) в начале своей деятельности увлекся авиационной техникой. В 1906-1907 гг. он спроектировал и построил один из первых монопланов и первый в мире моноплан трубчатой металлоконструкции. В космонавтику Роберт Эно Пельтри пришел вполне логично: если бензиновый мотор в вакууме работать не может, следовательно, нужен другой двигатель, и Эно Пельтри приходит к ракете. В начале XX века происходит подлинная революция в физике: Макс Планк создает теорию квантов, Альберт Эйнштейн - теорию относительности, Нильс Бор объясняет строение атома, а Эрнест Резерфорд расщепляет его. Силы, скрытые в атоме, завораживают воображение. Одним из первых, кто обратил внимание на возможность использования энергии атома в космической технике, был Роберт Эно Пельтри. В 1930 г. Роберт Эно Пельтри опубликовал в Париже первый том капитального труда 'Астронавтика' (второй том вышел в 1935 г.). В этом двухтомнике Эно Пельтри суммирует все, что имеет отношение к космическим полетам. Это был наиболее полный свод космических знаний того времени. У него была печальная история. Не признанный на родине, он уезжает в Швейцарию. Умер Роберт Эно Пельтри в декабре 1957 года. КАК УСТРОЕНА РАКЕТА-НОСИТЕЛЬ Ракета - это летательный аппарат, движущийся за счет реактивной силы, возникающей при выбрасывании газов из двигателя. Но на этом принципе летают и самолеты, которые называются реактивными, а не ракетами. В отличие от самолета, ракета несет в себе не только горючее, но и окислитель для его сжигания (кислород, фтор). Необязательно на борту иметь кислород в чистом виде. Он может находиться в соединении с другими элементами, например в виде азотной кислоты или пероксида водорода. Наличие на борту ракеты горючего и окислителя придаст ей необыкновенную возможность - полную независимость от высоты полета. У реактивных двигателей есть свой 'потолок', выше которого они неспособны создавать необходимую силу тяги, так как в разреженном воздухе не хватает кислорода для сжигания горючего. А ракетные двигатели не имеют ограничений по высоте, так как для создания тяги используют окислитель, находящийся на борту ракеты. Современная космическая ракета представляет собой сложное сооружение, состоящее из тысяч деталей, каждая из которых выполняет предназначенную ей роль. Сердцем космической ракеты является двигательная установка. Двигательная установка - это силовой агрегат, обеспечивающий разгон ракеты до заданной скорости, но ракете необходимо не только сообщить скорость, она должна во время полета управляться. Система управления космическим летательным аппаратом имеет свои 'органы' восприятия окружающей среды. Эти средства делают его полностью автономным. Наибольшее распространение получили системы, о | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
